Výměna genetické informace mezi bakteriemi

Úvod

K přenosu genetické informace může docházet jednak uvnitř buněk (intracelulárně) nebo mezi buňkami (intercelulárně).

Mezibuněčný přenos může být vertikální či horizontální.

Vertikálně jsou geny předávány z buňky mateřské na dceřinou. Do potomstva se dostávají kopie chromosomu, plasmidů, nebo i profágů (genom temperovaného bakteriofága, včleněného do chromosomu hostitelské bakterie).

Pokud jsou geny přenášeny mezi nepříbuznými buňkami (v rámci stejného či jiného druhu, případně rodu), označuje se přenos jako horizontální.

Mezibuněčný přenos zajišťuje:

• konjugace,
• transformace,
• transdukce.

Konjugace

Proces, při kterém dochází k přenosu genů z donorové (dárcovské) buňky do buňky recipientní (buňka přijímající cizorodé geny) prostřednictvím plasmidů se nazývá konjugace.

Recipientní buňka, která přijala DNA, se nazývá transkonjugant.

Aby mohla být konjugace uskutečněna, musí být konjugující buňky opačného typu, který je dán specifickým fertilním faktorem (F), což je konjugativní plasmid (F plasmid). Tento plasmid nese geny zodpovědné za proces konjugace a také geny determinující specifické struktury povrchu (např. pili), které jsou pro konjugaci nepostradatelné.

Vzájemný kontakt dvou interagujících buněk umožňují právě pili a za vlastní přenos DNA jsou zodpovědné F pili (sexuální pili) prostřednictvím konjugačního můstku. Donorová buňka s fertilním faktorem je označována F⁺, buňka recipientní bez F faktoru se označuje F^-. Konjugace může proběhnout pouze mezi buňkami F⁺ a F^-.

Konjugace může probíhat u gram negativních i gram pozitivních bakterií. U gram pozitivních bakterií (např. streptokoky) se konjugace neúčastní pili, ale kontakt je zprostředkován „sex feromonem“, který je tvořen recipientní buňkou. Chemotaxí se buňky dárce a příjemce přiblíží, přilnou k sobě a DNA donora přejde do buňky recipienta.

Schéma konjugace

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Přenos a syntéza F plasmidu

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Transformace

Proces, kdy dojde k přenosu genetické informace přímo molekulou DNA, která vnikla do buňky z vnějšího prostředí bez mezibuněčného kontaktu, se označuje jako transformace.

Transformující DNA pochází z rozložených bakterií.

Aby mohla recipientní buňka přijmout cizorodou DNA, musí být ve stavu kompetence. Tento stav závisí na růstové fázi a fyziologickém stavu buňky (přizpůsobení buněčné stěny a cytoplasmatické membrány propustit fragmenty DNA donorové buňky).

Transformovaný příjemce se nazývá transformant.

Transformace byla pozorována u rodů Bacillus, Staphylococcus, Streptococcus, Rhizobium, Haemophilus, atd.

Transformací se využívá při produkci nových antimikrobiálních látek, aminokyselin, růstových faktorů, atd.

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Transdukce

Transdukce je přenos genetické informace z buňky donorové do recipientní prostřednictvím bakteriofágů (virů napadající bakterie).

Buňka, která přijmula DNA nesenou bakteriofágem, se nazývá transduktant.

Tímto způsobem může být přenesena část chromosomu, případně plasmidu až do velikosti odpovídající délky genomu fága.

Transdukce je pozorována např. u bakterií rodu Salmonella, Shigella, Escherichia, Klebsiella, Pseudomonas, Serratia, Mycobacterium, Lactobacillus, Bacillus, Streptococcus, Staphylococcus a další.